CN117706401A - 一种基于超声波的电池模组监测***和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种基于超声波的电池模组监测***和方法，***包括：至少一个超声信号收发单元，超声信号收发单元和待测电池对应设置；信号调理模块，信号调理模块包括电荷放大单元、仪用放大单元、滤波单元、检波单元；模数转换模块，模数转换模块用于对包络检波后的超声波进行AD采集，得到数字超声信号；主控单元，用于根据数字超声信号确定超声特征参量并根据超声特征参量的变化值确定待测电池的健康状态。本申请基于超声特征参量的变化值确定待测电池的健康状态，在对超声波进行处理得到超声波的峰值包络后，仅需对超声波的峰值包络进行采集，无需采集超声波的瞬时值，大幅降低对AD采集器件的转换速度的要求，降低了电池模组监测***的成本。

Description

一种基于超声波的电池模组监测***和方法

技术领域

本申请涉及电池模组监测技术领域，具体涉及一种基于超声波的电池模组监测***和方法。

背景技术

随着科技发展，新能源汽车越来越普及，电池作为新能源汽车的核心动力部件，一旦发生损坏，很容易导致汽车的运行状态不稳定，引发事故，对电池的健康状态进行实时监测显得尤为重要。

目前的车载电池管理***通常通过监测电池的电压、电流和温度等外部参数来估计电池的荷电状态和健康状态，这种方案的监测精度不高。而基于超声的电池模组监测方案被验证是可行的，其是通过电池的超声信号的特征参量估计电池状态，目前主流的基于超声的电池模组监测方案有两种：一种是使用超声专用的脉冲发生接收器为超声波探头提供激励，在超声信号接收端接入示波器和数据采集卡采集超声信号，但是这种方案仪器造价昂贵，且整套监测***的体积较为庞大，只能在实验室等场景中使用，而无法安装在新能源汽车等电池实际应用产品中对电池的状态进行实时监测；另一种方案则是使用STM32和FPGA等高集成度器件构成超声数据采集***，利用STM32控制电路激励超声波探头发射超声信号，通过FPGA实时采集高频超声信号进行分析，根据超声特征参量实时判断电池的SOC状态和荷电状态，从而判断电池的健康状态，但是，这种方案需要采集高频超声信号的瞬时值，对AD采集器件的转换速度的要求较高，需要使用高性能的FPGA作为AD采集器件，这导致监测***造价相对较高，实际应用时同样存在成本上的问题。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种基于超声波的电池模组监测***和方法，通过在超声接收端和AD采集器件之间设置信号调理模块，将超声接收端接收的超声波转换为电压信号后，再对超声波进行放大、滤波和包络检波，AD采集器件对超声波的峰值包络进行采集，之后再根据采集得到的数字超声信号确定超声特征参量，基于超声特征参量的变化值确定待测电池的健康状态，由此，本申请仅需对超声波的包络进行采集，感知超声特征参量的变化趋势即可，大幅降低了对AD采集器件转换速度的要求，在保证电池模组监测***的监测性能的前提下降低了电池模组监测***的成本。

本申请第一方面实施例提出一种基于超声波的电池模组监测***，所述***用于监测电池模组的健康状态，所述电池模组包括至少一个待测电池，所述***包括：

超声模块，包括至少一个超声信号收发单元，所述超声信号收发单元和所述待测电池对应设置，所述超声信号收发单元包括超声发射端和超声接收端，所述超声接收端用于接收超声波，所述超声波由对应的所述超声发射端发射的超声信号在所述待测电池的表面传播后形成；

信号调理模块，和每个所述超声接收端连接，所述信号调理模块包括依次连接的电荷放大单元、仪用放大单元、滤波单元、检波单元，所述电荷放大单元用于对所述超声接收端接收的超声波进行放大并将所述超声波从电荷信号转换为电压信号，所述仪用放大单元用于将转换为电压信号后的所述超声波进行放大，所述滤波单元用于滤除所述超声波中的谐波成分，所述检波单元用于对滤除谐波后的所述超声波进行包络检波，得到所述超声波的峰值包络；

模数转换模块，所述模数转换模块用于对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到数字超声信号；

主控单元，所述主控单元和所述模数转换模块连接，用于接收所述模数转换模块输出的所述数字超声信号，所述主控单元还用于根据所述数字超声信号确定超声特征参量并根据所述超声特征参量的变化值确定所述待测电池的健康状态。

在一些实施例中，所述基于超声的电池模组监测***还包括：多个激励单元，所述激励单元和所述超声发射端一一对应设置，所述激励单元用于向对应的所述超声发射端输出激励信号，以使接收到所述激励信号的所述超声发射端发射所述超声信号，每个所述激励单元分别和所述主控单元连接，所述主控单元用于控制所述激励单元依次导通以使多个所述超声发射端依次发送所述超声信号。

在一些实施例中，所述基于超声的电池模组监测***还包括：多路开关，所述多路开关连接于所述信号调理模块和每个所述超声接收端之间，所述多路开关用于控制每个所述超声接收端的通断，所述多路开关和所述主控单元连接，所述主控单元还用于控制所述多路开关的每一条通道依次导通以使多个所述超声接收端依次将所接收的所述超声波传输至所述信号调理模块。

在一些实施例中，所述电荷放大单元包括第一运放单元，所述第一运放单元的第一输入端连接至所述超声接收端，所述第一运放单元的第二输入端接地，所述第一运放单元的输出端连接至所述仪用放大单元的输入端，所述第一运放单元的输入端和所述超声接收端之间连接有第一电容，所述电荷放大单元还包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的一端与所述第一运放单元的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运放单元的第一输入端连接，所述第二电容和所述第一电阻并联于所述第一运放单元的输出端和所述第一运放单元的第一输入端之间。

在一些实施例中，所述仪用放大单元包括第二运放单元，所述第二运放单元的第一输入端与所述电荷放大单元的输出端连接，所述第二运放单元的第二输入端接地，所述第二运放单元的两个增益调节引脚之间连接有增益调节电阻，所述第二运放单元的第一输出端和第二输出端连接至所述滤波单元的输入端。

在一些实施例中，所述滤波单元包括同相比例放大器，所述同相比例放大器的输入端和所述仪用放大单元的输出端连接，所述仪用放大单元的输出端和所述同相比例放大器的输入端之间依次连接有第三电容和第二电阻，所述第二电阻和所述同相比例放大器的输入端之间旁路接入有第四电容和第三电阻后接地，其中，所述第三电容和所述第三电阻构成一阶无源高通滤波电路，所述第二电阻和所述第四电容构成一阶无源低通滤波电路，所述同相比例放大器的输出端连接至所述检波单元的输入端，所述同相比例放大器的输出端还和所述同相比例放大器的反馈输入端连接，所述同相比例放大器的输出端和所述反馈输入端之间连接有第四电阻。

在一些实施例中，所述检波单元包括：包络检波芯片、第一整流二极管、第二整流二极管、第五电容、第六电容、变阻单元、第五电阻，所述包络检波芯片由第三运放单元和第四运放单元组成，所述第一整流二极管的第一端和所述第三运放单元的输出端连接，所述第三运放单元的第二端和所述第三运放单元的反相输入端连接，所述第一整流二极管的第二端连接至所述变阻单元的第一固定端，所述第一整流二极管的第一端和所述第二整流二极管的第一端连接，所述第一整流二极管还和所述第六电容并联，所述变阻单元的滑动端连接至所述第二整流二极管的第二端，所述第二整流二极管和所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端接地，所述第五电容还和所述第五电阻并联构成RC电路，所述第二整流二极管的第二端还连接至所述第四运放单元的同相输入端，所述第四运放单元的反相输入端和所述第四运放单元的输出端连接，所述第四运放单元的输出端分别连接至所述模数转换模块和所述变阻单元的滑动端。

一种基于超声波的电池模组监测方法，应用于如第一方面实施例中任一项所述的基于超声波的电池模组监测***，所述方法包括：

依次控制每个所述超声接收端开启，以使所述超声接收端接收超声波，其中，所述超声波由与所述超声接收端对应的所述超声发射端发射的超声信号在所述待测电池的表面传播后形成；

控制每个所述超声发射端依次发射所述超声信号；

对所述超声波进行电荷放大并将所述超声波由电荷信号转换为电压信号；

对转换为电压信号后的所述超声波进行仪用放大，得到仪用超声信号；

对所述仪用超声信号进行带通滤波，得到滤波超声信号；

对所述滤波超声信号进行包络检波，得到所述超声波的峰值包络；

对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到所述数字超声信号；

根据所述数字超声信号确定超声特征参量；

根据所述超声特征参量确定每个所述待测电池的健康状态。

在一些实施例中，所述对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到所述数字超声信号，包括：

对所述超声接收端在同一采样周期内接收的多个所述超声波的峰值包络进行数据采集；

计算同一所述超声接收端在同一所述采样周期内采集的多个所述超声波的峰值包络的平均值，得到所述超声接收端在对应的所述采样周期内的所述数字超声信号。

在一些实施例中，所述超声特征参量包括飞行时间、能量积分和波形指数，所述根据所述超声特征参量确定每个所述待测电池的健康状态，包括：

将同一所述待测电池对应的连续两个所述数字超声信号的所述飞行时间的变化值、所述能量积分的变化值和所述波形指数的变化值分别与对应的参考区间进行比较；

在所述飞行时间的变化值、所述能量积分的变化值和所述波形指数的变化值中的至少一个不处在对应的所述参考区间内的情况下，确定所述待测电池的健康状态为受损状态。

本申请实施例提出一种基于超声波的电池模组监测***和方法，***包括：超声模块，包括至少一个超声信号收发单元，所述超声信号收发单元和所述待测电池对应设置，所述超声信号收发单元包括超声发射端和超声接收端，所述超声接收端用于接收超声波，所述超声波由对应的所述超声发射端发射的超声信号在所述待测电池的表面传播后形成；信号调理模块，和每个所述超声接收端连接，所述信号调理模块包括依次连接的电荷放大单元、仪用放大单元、滤波单元、检波单元，所述电荷放大单元用于对所述超声接收端接收的超声波进行放大并将所述超声波从电荷信号转换为电压信号，所述仪用放大单元用于将转换为电压信号后的所述超声波进行放大，所述滤波单元用于滤除所述超声波中的谐波成分，所述检波单元用于对滤除谐波后的所述超声波进行包络检波；模数转换模块，所述模数转换模块用于对包络检波后的所述超声波进行AD采集，得到数字超声信号；主控单元，所述主控单元和所述模数转换模块连接，用于接收所述模数转换模块输出的所述数字超声信号，所述主控单元还用于根据所述数字超声信号确定超声特征参量并根据所述超声特征参量的变化值确定所述待测电池的健康状态。本申请通过在超声接收端和AD采集器件之间设置信号调理模块，对超声接收端接收到的超声波经过专用的电荷放大单元进行电荷放大并将超声波由电荷信号转换为电压信号，之后再对经过电荷放大并转换为电压信号后的超声波进行放大和滤波，最后再对经过放大和滤波的超声波进行包络检波，AD采集器件仅需对超声波的峰值包络进行采集，得到数字超声信号，再对数字超声信号进行分析，确定对应的超声特征参量，根据超声特征参量的变化值确定电池的健康状态，基于此，本实施例是通过超声特征参量的变化幅度判断电池的健康状态，在采集超声信号时仅需保证所采集的信号足以反映超声特征参量的变化趋势即可，基于此，本申请仅需对超声波进行前置放大、滤波和包络检波后，通过AD采集器件采集超声波的峰值包络并将该包络转化为对应的数字超声信号即可，相较于现有技术中实时采集高频超声信号，根据高频超声信号实时确定电池的SOC状态和荷电状态从而判断电池健康状态的技术方案而言，可以大幅降低对AD采集器件转换速度的要求，在保证对电池的健康状态进行监测的功能的基础上，可以有效降低电池模组监测***的成本。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的基于超声波的电池模组监测***的模块化结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的激励单元的电路示意图；

图3是本申请一个实施例提供的电荷放大单元的电路示意图；

图4是本申请一个实施例提供的仪用放大单元的电路示意图；

图5是本申请一个实施例提供的滤波单元的电路示意图；

图6是本申请一个实施例提供的检波单元的电路示意图；

图7是应用图6所示的检波单元对超声波进行包络检波前后的波形图；

图8是本申请一个实施例提供的基于超声波的电池模组监测方法的流程图；

图9是本申请一个实施例提供的电池出现产气现象时的能量积分系数变化示意图；

图10是本申请一个实施例提供的电池出现漏液现象时的能量积分系数变化示意图；

图11是图7中步骤S801的子流程图；

图12是图7中步骤S807的子流程图；

图13是图7中步骤S809的子流程图；

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序运行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

参照图1，本申请第一方面提出一种基于超声波的电池模组监测***，***用于监测电池模组的健康状态，电池模组包括至少一个待测电池，***包括：

超声模块101，包括至少一个超声信号收发单元，超声信号收发单元和待测电池对应设置，超声信号收发单元包括超声发射端102和超声接收端103，超声接收端103用于接收超声波，超声波由对应的超声发射端102发射的超声信号在待测电池的表面传播后形成；

信号调理模块104，和每个超声接收端103连接，信号调理模块104包括依次连接的电荷放大单元105、仪用放大单元106、滤波单元107、检波单元108，电荷放大单元105用于对超声接收端103接收的超声波进行放大并将超声波从电荷信号转换为电压信号，仪用放大单元106用于将转换为电压信号后的超声波进行放大，滤波单元107用于滤除超声波中的谐波成分，检波单元108用于对滤除谐波后的超声波进行包络检波，得到超声波的峰值包络；

模数转换模块109，模数转换模块109用于对包络检波后的超声波进行AD采集，得到数字超声信号；

主控单元110，主控单元110和模数转换模块109连接，用于接收模数转换模块109输出的数字超声信号，主控单元110还用于根据数字超声信号确定超声特征参量并根据超声特征参量的变化值确定待测电池的健康状态。

在一些实施例中，超声发射端102可以是超声换能器，具体的，超声换能器可以由压电陶瓷晶片构成，对压电陶瓷晶片施加电场激励后，压电陶瓷晶片会响应于该电场激励产生机械振动，从而形成超声波向外发射，具体的，在本实施例中，可以参照现有技术，通过专用的STM32电路按照设定的顺序依次向多个压电陶瓷晶片施加特定的电场激励或者，使得多个压电陶瓷晶片依次发射超声信号；在一些优选的实施例中，还可以通过主控单元110控制激励单元依次向超声发射端102输出激励信号，使得多个超声发射端102依次响应于激励信号发射超声信号。

在一些实施例中，超声接收端103也是超声换能器，即压电陶瓷晶片，压电陶瓷晶片在受到超声波的机械应力作用时，会发生微小的形变，导致压电陶瓷晶片晶格结构的变化，引起电荷分布的变化，由此将所接收的超声波转化为相应的电荷信号，得到超声波。具体的，对应于同一待测电池的超声发射端102和超声接收端103，可以设置在待测电池的对向两侧，或者安装在待测电池的同一侧。可以理解的是，为避免对应于不同待测电池的超声收发单元交叉工作，形成干扰，在本实施例中，主控单元110可以控制多个超声收发单元依次工作，即主控单元110可以在同一时刻，仅向一个发射端输出激励信号以使接收到激励信号的超声发射端102发射超声信号，且在同一时刻，仅有与发射超声信号的超声发射端102对应的超声接收端103可以将所接收的超声波传输到信号调理模块104进行调理，而其余超声接收端103和信号调理模块104之间的连接被断开，基于此，避免多个超声收发单元之间相互形成干扰。需要指出的是，在本实施例中，超声波可以是超声发射端102发射的超声信号沿待测电池传播到达对应的超声接收端103后，超声接收端103接收该超声信号后响应于该超声信号所形成的电荷信号。

在一些实施例中，信号调理模块104包括依次连接的电荷放大单元105、仪用放大单元106、滤波单元107和检波单元108。具体的，即超声接收端103的输出端连接至电荷放大的单元的输入端、电荷放大单元105的输出端连接至仪用放大单元106的输入端、仪用放大单元106的输入端连接至滤波单元107的输入端，滤波单元107的输出端连接至检波单元108的输入端。在本实施例中，超声接收端103是一个压电陶瓷晶片，其通过感知超声发射端102发射的超声波所引起的机械振动而发生轻微形变，利用压电效应形成电荷信号，而由压电效应形成的电荷信号一般非常微弱，无法直接通过常规的仪用放大器进行放大，因此，在超声接收端103的输出端先连接一个电荷放大单元105，对超声波进行初步放大，同时利用电容的积分作用，可以将电荷信号转换为电压信号，经过电荷放大单元105对超声波的初步放大以及积分后，可以得到一个幅值能达到几十毫伏的电压信号。之后再将该电压信号输入到仪用放大单元106进行二次放大，进一步提高其幅值，降低背景噪声对信号造成的影响，同时可以更容易被AD采集器件采集到，同时，随着超声波被放大，同一个待测电池的两个相邻的超声波之间的差距也随之被放大，这样更有助于在后续根据超声特征参量的变化值判断待测电池的健康状态。在通过仪用放大单元106对超声波进行二次放大后，在通过滤波单元107对二次放大后的超声波进行带通滤波，滤除超声波中的低频噪声和高频噪声，只保留超声波中的有效频段。在对超声波进行滤波后，再对超声波进行包络检波，得到超声波的峰值包络，该峰值包络反映了超声波的振幅变化，AD采集器件对超声波的峰值包络进行采集，即可得到一组反映超声波振幅变化的数字超声信号，而无需采集超声波的瞬时值，如此大幅降低了对AD采集器件的转换速度的要求，此时，AD采集器件采用常规的模数转换器即可满足需求，而无需采用FPGA等高性能AD采集器件，有效降低了电池模组监测***的成本。

可以理解的是，模数转换模块109用于对超声波的峰值包络进行AD采集，得到多个采样点，这些采样点的数据构成与该超声波对应的数字超声信号，模数转换模块109还与主控单元110连接，用于将数字超声信号传输至主控单元110。

主控单元110接收到数字超声信号后，可以根据该数字超声信号确定出对应的超声特征参量，具体的，超声特征参量可以包括超声波的飞行时间、超声波的能量积分和超声波的波形指数，主控单元110会根据对应同一待测电池的相邻两组数字超声信号的超声特征参量的变化值判断待测电池是否受损，具体的，当同一待测电池的相邻两组数字超声信号的超声特征参量之间的变化值大于给定的参考范围，即可认为该待测电池受损。具体的，在本实施例中，主控单元110可以采用51系列单片机，可以理解的是，51系列单片机的成本较低，使用51系列单片机作为主控单元110，可以有效降低电池模组监测***的成本。

可以理解的是，主控单元110还可以通过CAN总线与上位机通信连接，上位机可以是电池模组的安装设备的控制模块，比如，电池模组作为新能源汽车的动力源，上位机可以是汽车的车机***等，主控单元110可以通过CAN总线将电池模组的健康状态上报至上位机，以使上位机根据电池模组的健康状态输出提示信息。

在一些实施例中，基于超声波的电池模组监测***还包括：多个激励单元，激励单元和超声发射端102一一对应设置，激励单元用于向对应的超声发射端102输出激励信号，以使接收到激励信号的超声发射端102发射超声信号，每个激励单元分别和主控单元110连接，主控单元110用于控制激励单元依次导通以使多个超声发射端102依次发送超声信号。具体的，参照图2，激励单元均包括一个开关管Q1和多个电阻，与该激励单元对应的超声发射端102和多个电阻并联后接入到电源和开关管Q1的发射极之间，可以理解的是，此处并联电阻限制经过超声发射端102的电流，避免过大电流损坏超声发射端102，开关管Q1的基极和主控单元110连接，开关管Q1的集电极接地，当主控单元110向开关管Q1的基极输出高电平时，开关管Q1导通，陶瓷晶片两端的电势差变成高压，当主控单元110向开关管Q1的基极输出低电平时，开关管Q1断开，陶瓷晶片两端的电势差变为0伏，基于此，通过主控单元110输出一个周期性的控制信号即可使压电陶瓷晶片两端的电势差在高压和0伏之间切换，形成一个方波激励，在本实施例中，通过调节主控单元110所输出的控制信号的占空比，还可以调节该方波激励的脉宽。在本实施例中，激励单元和超声发射端102是一一对应设置的，即每个激励单元仅会向对应的超声发射端102发送激励信号，而多个激励单元分别和主控单元110连接，主控单元110通过依次向每个激励单元输出控制信号，即可控制超声发射端102依次发送超声信号。比如，电池模组可以包括16个待测电池，则超声模块101设置有16个超声发射端102，而在每个超声发射端102和电源之间均设置有激励单元，主控单元110设置有16个输出引脚分别连接至16个激励单元的开关管Q1的基极，主控单元110依次从第1个输出引脚到第16个输出引脚输出控制信号并循环该过程，使得16个激励单元依次向对应的超声发射端102输出激励信号，以使得16个超声发射端102依次发射超声信号，如此，即可避免多个超声发射端102同时工作相互干扰。在本实施例中，激励单元由电阻和三极管构成的硬件电路组成，主控单元110仅需依次向每个三极管输出一个周期性信号控制三极管的导通和关断，即可生成方波激励，从而激励对应的超声发射端102发射超声信号，基于此，主控单元110仅需具备依次控制每个输出引脚输出周期性信号即可，相较于现有技术中通过专用的STM32激励电路而言，对主控单元110的性能要求更低，由此可以降低电池模组监测***的成本。

在一些实施例中，多个超声接收端103和信号调理模块104之间还设置有多路开关，具体的，多路开关连接于超声接收端103和信号调理模块104之间，该多路开关用于控制每个超声接收端103和信号调理模块104之间的通信链路的通断，具体的，多路开关的通道和超声接收端103一一对应设置，即每个超声接收端103和信号调理模块104之间均设置有多路开关的一条通道，可以理解的是，多路开关还和主控单元110连接，主控单元110可以控制多路开关的每一条通道依次导通，使得多个超声接收端103依次将所接收的超声波传输至信号调理模块104，具体的，多路开关可以由多路开关芯片构成，其包括多个输入端、控制端和至少一个输出端，多个输入端分别多超声接收端103连接，控制端和主控单元110连接，输出端和信号调理模块104的输入端连接，主控单元110向控制端输入信号选择导通的通道，具体的，主控单元110会向多路开关的控制端输出一个周期信号，循环地控制每条通道依次导通，与被导通的通道对应的输入端连接的超声接收端103可以将所接收的超声波传输至信号调理模块104，比如，电池模组包括16个待测电池，则超声模块101设置有16个超声接收端103，多路开关包括16条通道，每条通道分别对应一个超声接收端103，主控单元110向多路开关的控制端输出一个周期信号，使得多路开关的第1条通道到第16条通道依次被导通，如此，可以避免多个超声接收端103同时将所接收的超声波传输到信号调理模块104，造成干扰。需要指出的是，主控单元110应当控制在同一时刻被导通的通道所对应的超声接收端103与接收到激励信号的超声发射端102属于同一超声收发单元，即在同一时刻，被导通的超声接收端103和接收到激励信号的超声发射端102是与同一待测电池对应的。比如，在某一时刻，主控单元110向与第10个待测电池对应的超声发射端102输出激励信号，则应控制多路开关导通对应于第10个待测电池的超声接收端103与信号调理模块104之间的通道。

在一些实施例中，参照图3，电荷放大单元105包括：第一运放单元U1，第一运放单元U1的第一输入端连接至超声接收端103，第一运放单元U1的第二输入端接地，第一运放单元U1的输出端连接至仪用放大单元106的输入端，第一运放单元U1的输入端和超声接收端103之间连接有第一电容C1，电荷放大单元105还包括第一电阻R1和第二电容C2，第一电阻R1的一端与第一运放单元U1的输出端连接，第一电阻R1的另一端与第一运放单元U1的第一输入端连接，第二电容C2和第一电阻R1并联于第一运放单元U1的输出端和第一运放单元U1的第一输入端之间。在本实施例中，首先在超声接收端103和第一运放单元U1的第一输入端之间连接第一电容C1，通过第一电容C1的交流耦合作用滤除超声输出端输出的超声波中的直流噪声，之后再将超声波输入到第一运放单元U1的第一输入端，第一运放单元U1的第二输入端接地，向第一运放单元U1提供一个0伏的参考电压，第一运放单元U1的输出端和第一运放单元U1的第一输入端之间连接第一电阻R1作为反馈电阻，第一电阻R1并联第二电容C2形成反馈网络，基于第二电容C2的积分作用可以将超声波从电荷信号转化为电压信号，同时基于该反馈网络和第一运放单元U1可以构成一个积分负反馈运算放大器，对于该电荷放大单元105而言，第一电阻R1和第二电容C2决定了该电荷放大单元105的增益，所输出的电压信号取决于增益值和所输入的电荷值，即超声接收端103响应于所接收的超声信号所产生的电荷信号的大小，而由于第一电阻R1的阻值和第二电容C2的电容值是固定的，即由电荷放大单元105输出的电压信号实际上与超声接收端103输入的电荷信号的大小成正比。在本实施例中，基于第一运放单元U1、第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2构成电荷放大单元105，将超声接收端103所输入的超声波进行放大并转换为相应的电压信号，如此，后续即可通过信号调理模块104进一步调理，最终得到相应的数字超声信号，从而分析出待测电池的健康状态。具体的，第一运放单元U1可以是3140芯片或其它电荷放大芯片，对此在本实施例中不进行限定，可以理解的是，参照图3，第一运放单元U1还可以设置有用于调零的偏置引脚、用于向第一运放单元U1供电的电源正引脚和电源负引脚等，在本实施例中，通过成本较低的第一运放单元U1以及电阻、电容等元件构成仪用放大器对超声波进行初步放大以及将超声波由电荷信号转换为电压信号，可以方便后续对超声波的信号调理，降低对后续仪用放大单元106、滤波单元107和检波单元108的性能要求，从而降低基于超声的电池模组监测***的成本。

在一些实施例中，参照图4，仪用放大单元106包括：第二运放单元U2，第二运放单元U2的第一输入端与电荷放大单元105的输出端连接，第二运放单元U2的第二输入端接地，第二运放单元U2的两个增益调节引脚之间连接有增益调节电阻，第二运放单元U2的第一输出端和第二输出端连接至滤波单元107的输入端。可以理解的是，第二运放单元U2的第一输入端连接至电荷放大单元105的输出端，接收经由电荷放大单元105初步放大并转换为电压信号后的超声波，第二运放单元U2的第二输入端接地，从而向第二运放单元U2提供一个0伏的参考电压，第二运放单元U2的两个增益调节引脚之间连接有一个增益调节电阻，该增益调节电阻是一个可变电阻，比如滑动变阻器，通过调节可变电阻的阻值大小，可以调节第二运放单元U2的增益大小，第二运放单元U2包括两个输出引脚，分别是正电压输出和负电压输出，可以理解的是，激励单元产生的方波脉冲激励会对电源电路造成较大影响，这会使得所输入的超声波中存在较大幅值的脉冲噪声，因此，在本实施例中，通过在第二运放单元的两个输出引脚之间通过桥接两个方向相反的二极管D1和D2滤除超声波中由于方波脉冲激励导致的幅值较大的脉冲噪声。具体的，第二运放单元U2可以采用AD620芯片、AD8221芯片等放大器芯片，对此在本实施例中不进行限定。可以理解的是，第二运放单元U2还可以设置有用于向第二运放单元U2供电的VDD引脚和接地的VSS引脚，第二运放单元U2的输入端和电荷放大单元105的输出端之间还可以串联有至少一个电阻和电容，电容的两端分别通过一个旁路电阻和一个旁路电容接地，第二运放单元U2的输入端和电荷放大单元105的输出端之间的电阻和电容可以构成带通滤波电路，对电荷放大单元105输出信号进行初步的带通滤波，滤除电荷放大单元105输出的信号中的谐波。

在一些实施例中，参照图5，滤波单元107包括：一阶无源低通滤波电路、一阶无源高通滤波电路和同相比例放大器，具体的，同相比例放大器的输入端和仪用放大单元106的输出端连接，仪用放大单元106的输出端和同相比例放大器的输入端之间依次连接有第三电容C3和第二电阻R2，第二电阻R2和同相比例放大器的输入端之间旁路接入有第四电容C4和第三电阻R3后接地，其中，第三电容C3和第三电阻R3构成一阶无源高通滤波电路，第二电阻R2和第四电容C4构成一阶无源低通滤波电路，同相比例放大器的输出端连接至检波单元108的输入端，同相比例放大器的输出端还和同同相比例放大器的反馈输入端连接，同相比例放大器的输出端和反馈输入端之间连接有第四电阻R4。具体的，同相比例放大器可以选用TLE2142系列芯片，本实施例中，通过在同相比例放大单元前设置一阶无源低通滤波电路和一阶无源高通滤波电路分别滤除超声波中的高频噪声和低频噪声，仅保留处于特定频段的有效信号，再将滤波后的超声波输入到同相比例放大器中进行放大，此外，本实施例中，滤波单元107由同相比例放大器以及电阻、电容构成的滤波电路组成，整体成本较低，在保持基于超声的电池模组监测***的性能的前提下，降低了基于超声的电池模组监测***的成本。

检波单元108也可以采用包络检波电路实现，具体的，检波单元108可以由包络检波芯片和相应的***电路组成，比如，包络检波芯片可以采用双运放芯片，在本实施中，参照图6，图6给出一种检波单元108的硬件电路实现图，包络检波芯片由第三运放单元和第四运放单元构成，可以理解的是，本实施例中，第四运放单元是电压跟随器，其输入电压和输出电压相等，用于提供电流支持，第三运放单元的同相输入端和滤波单元107的输出端连接，第一运放单元的同相输入端和滤波单元107的输出端之间连接有一电阻以及一接地的旁路电容构成一阶无源低通滤波电路以进一步滤除滤波单元输出信号中的高频噪声，包络检波芯片的VDD引脚和VSS引脚分别接电源的正负极以向第三运放单元和第四运放单元供电，VDD引脚和VSS引脚与电源的正负极之间可以分别设置有接地电容滤除电源输入中的噪声，包络检波芯片的***电路还包括第一整流二极管D3和第二整流二极管D4、第一双向瞬态抑制二极管D5、若干电阻和电容、变阻单元等，具体的，第一整流二极管D3的第一端和第三运放单元的输出端连接、第二端和第三运放单元的反相输入端连接，第一整流二极管D3还与第六电容C6并联构成阻容耦合电路，第一整流二极管D3还连接到变阻单元的第一固定端，第一整流二极管D3的第二端和第二整流二极管D4的第一端连接，变阻单元的滑动端连接至第二整流二极管D4的第二端，变阻单元的滑动端和第二整流二极管D4之间还可以连接有第八电阻R8进行限流保护，第二整流二极管D4的第二端还与第五电容C5的第一端连接，第五电容C5的第二端接地，第二整流二极管D4的第二端还连接到第四运放单元的同相输入端，第二整流二极管D4的第二端和第四运放单元的同相输入端之间还可以连接有第六电阻R6，第四运放单元的反相输入端和输出端连接，所述第四运放单元的输出端分别连接至所述模数转换模块和所述变阻单元的滑动端，模块转换模块109和第四运放单元的输出端之间连接有第七电阻R7，第七电容C7和第一双向瞬态抑制二极管D5并联接地后旁路接入到第七电阻R7和模数转换模块109之间，防止浪涌或静电放电导致的瞬态电压对模数转换模块造成损坏，提高电路的可靠性和稳定性，第五电容C5还并联有第五电阻R5构成RC电路。参照图6所示的包络检波电路，滤波后的超声波从第三运放单元的同相输入端输入，由于运放的虚短，包络检波芯片的引脚2和引脚3，即第三运放单元的同相输入端和反向输入端处具有相同的波形，当从第三运放单元的同相输入端输入的超声波的值大于第五电容C5的电压时，即第三运放单元的输出端输出的电压大于第五电容C5的电压，此时第二整流二极管D4导通，而第一整流二极管D3截止，超声波由第三运放单元的输出端输出至第四运放单元的同相输入端，再由第四运放单元的同相输入端输出模数转换模块109，同时，由于第三运放单元的反相输出端的电压大于第五电容C5的电压，在变阻单元和第八电阻R8的回路两端存在压降，应当产生从第三运放单元的反相输入端流向第五电容C5方向的电流，然而由于运放的虚断效应，第三运放单元的反相输出端无法提供电流，而第一整流二极管D3截止也无法提供电流，此时，为保持变阻单元和第八电阻R8的回路两端的平衡，第三运放单元对第五电容C5充电。而当超声波的值开始变小时，第三运放单元的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，即高于第三运放单元的输出端的电位，此时第一整流二极管D3导通，同时第三运放单元的输出端的电压小于第五电容C5的电压，第二整流二极管D4截止，第五电容C5无法通过第二整流二极管D4放电，同时，由于为了保持变阻单元和第八电阻R8的回路两端的平衡，第三运放单元有持续对第五电容C5充电，当超声波开始减小，第三运放单元停止对第五电容C5充电时，第五电容C5的电压会处于超声波的峰值，而通过第五电容C5和第五电阻R5构成的RC电路，可以控制从充电切换到放电所需的时间，从而使输出的信号在峰值附近保持一段时间，实现峰值包络检波。

参照图7，图7是本申请一个实施例中应用如图6所示的检波单元对超声波进行包络检波前后的波形图，其中，波形2是经过上述电荷放大、仪用放大和带通滤波后得到的幅值较大且噪声较少的超声波的波形图，波形1是经由图6所示的检波单元对波形2进行包络检波后得到的波形2的峰值包络的波形图。

本申请实施例所提出的基于超声波的电池模组监测***，通过在超声接收端103和模数转换模块109之间设置信号调理电路，对超声接收端103接收到的超声波进行电荷放大、仪用放大、带通滤波和包络检波后再进行信号采集，基于超声波的峰值包络确定超声特征参量的变化值，从而评估电池的健康状态，相较于现有技术中通过FPGA等高性能器件采集超声波的瞬时状态分析电池健康情况的技术方案而言，大幅降低了对AD采集器件的模数转换速度的要求，如此通过常规的模数转换器采集数字超声信号即可，同时，本申请中的电荷放大单元105、仪用放大单元106、滤波单元107和检波单元108均可通过简易的硬件电路实现，其成本整体相对较低，基于此，本申请实施例在保证电池模组监测***的功能的前提下，大幅降低了电池模组监测***的成本。

参照图8，本申请实施例还提出一种基于超声波的电池模组监测方法，包括但不限于步骤S801至步骤S809：

步骤S801，依次控制每个超声接收端开启，以使超声接收端接收超声波，其中，超声波由与超声接收端对应的超声发射端发射的超声信号在待测电池的表面传播后形成；

步骤S802，控制每个超声发射端依次发射超声信号；

步骤S803，对超声波进行电荷放大并将超声波由电荷信号转换为电压信号；

步骤S804，对转换为电压信号后的超声波进行仪用放大，得到仪用超声信号；

步骤S805，对仪用超声信号进行带通滤波，得到滤波超声信号；

步骤S806，对滤波超声信号进行包络检波，得到超声波的峰值包络；

步骤S807，对超声波的峰值包络进行AD采集，得到数字超声信号；

步骤S808，根据数字超声信号确定超声特征参量；

步骤S809，根据超声特征参量确定每个待测电池的健康状态。

可以理解的是，主控单元会依次控制每个超声接收端开启，以使超声接收端可以接收由对应的超声发射端发射的超声信号沿待测电池表面传播后所形成的超声波，具体的，超声接收端和信号调理模块之间设置有一多路开关，多路开关包括多个输入端，超声接收端和多路开关的多个输入端一一对应连接，主控单元通过向多路开关输出控制信号选择导通的通道，以使与被导通的通道对应超声接收端可以将所接收的超声波传输至信号调理模块。具体的，主控单元会向多路开关输出一个周期性的控制信号，在每个周期内依次导通多路开关的每个通道，比如，设置有16个超声接收端，则多路开关包括至少十六路通道，主控单元向多路开关输出控制信号，使得多路开关的第1条通道到第16条通道被依次导通。可以理解的是，通过调节控制信号的占空比，还可以控制每个通道的被导通的时长，每条通道被导通的时长应当与对应的超声发射端每次发射超声信号的时长相匹配。

在一些实施例中，主控单元可以通过向超声发射端输出激励信号，具体的，主控单元可以设置有多个激励输出接口，多个激励输出接口和超声发射端之间一一对应连接，主控单元依次通过每个激励输出接口向对应的超声发射端输出激励信号。或者，参照上述实施例提出的基于超声的电池模组监测***，主控单元和每个超声发射端之间均连接有由开关管和电阻构成激励单元，主控单元通过多个激励输出接口依次向每个开关管的基极输出控制信号，使对应的开关管在导通和关断之间切换，形成一个方波激励，从而激励连接于开关管发射极的超声发射端发射超声信号。需要指出的是，在同一时刻，主控单元仅会向与被导通的超声接收端对应的超声发射端输出激励信号，如此避免多个超声发射端同时工作，使得超声接收端接收到来自其它超声发射端发射的超声信号，形成干扰。

在一些实施例中，信号调理模块会接收由被导通的超声接收端传输的超声波，可以理解的是，超声接收端可以是压电陶瓷晶片，其输出的是一个极为微弱的电荷信号，因此需要先对超声波进行电荷放大，并将该超声波由电荷信号转换为电压信号，经过电荷放大单元后，超声波被转换为一个幅值可达几十毫伏的电压信号，可以方便后续对超声波进行处理。

可以理解的是，进行电荷放大器的初次放大后，超声波被放大并转换为一个幅值可达几十毫伏的电压信号，其信号幅值仍然较低，需要将超声波增强到足够的水平再进行包络检波才能较好地反映超声波的超声特征参量变化幅度，因此，在对超声波进行电荷放大，并将超声波转换为电压信号后，需通过仪用放大电路对超声波进行二次放大，得到幅值较高的仪用超声信号。需指出的是，仪用超声信号是指经过仪用放大后的超声波。

在对超声波进行仪用放大后，还可以通过带通滤波器滤除仪用超声信号中的高频噪声和低频噪声，保留特定频段的有效信号，避免噪声对电池模组监测结果造成影响。需指出的是，滤波超声信号是指经过带通滤波后的超声波。

在对超声波进行电荷放大、仪用放大和带通滤波，得到滤波超声信号后，对该滤波超声信号进行包络检波，提取滤波超声信号的峰值包络，即包络超声信号，包络超声信号反映了所接收的超声波的幅值变化。AD采集器件对该包络超声信号进行信号采集，并将所采集的信号转换为数字信号，而由于本实施例中是对超声波的峰值包络进行采样，而无需对超声波的瞬时值进行采样，对AD采集器件的转换速度的要求较低，因此，无需采样诸如FPGA等高性能器件作为AD采集器件，大幅降低了电池模组监测***的成本。

从超声波中采集到数字超声信号后，基于该数字超声信号可以计算出相应的超声特征参量。具体的，超声特征参量可以包括超声波的飞行时间、超声波的能量积分和超声波的波形指数。具体的，上述的飞行时间、能量积分和波形指数分别可以通过如下公式计算：

/>

其中，TOF是飞行时间、E是能量积分，W是波形指数，N表示采集的数字超声信号的个数，S_t表示数字超声信号的时域信号，即时域数据，S_i表示采集的第i个数字超声信号的幅值，t_a和t_b分别是开始对待测电池进行监测的时间和最后一次对待测电池进行监测的时间，表征了所采集到的数字超声信号的幅值的均方根，/>表征了所采集到的超声数字信号的幅值的算数平均值，二者的商可以反映所采集到超声数字信号的离散程度，该数值越大，表明所采集到的数字超声信号的离散程度越高。

基于数字超声信号得到相应的超声特征参量后，根据超声特征参量的变化值可以判断待测电池的健康状态。具体的，本实施例中，待测电池的健康状态是指电池的漏液程度以及产气程度，可以理解的是，当待测电池发生漏液或产气的情况后，在电池内部会发生气-液、气-固、液-固的界面变化，而超声波在不同介质中传播的速率不一样，因此，当待测电池内部发生漏液或者产气等现象时，超声波的飞行时间也会发生大幅变化。此外，参照图9，当待测电池内部发生产气现象时，电池内部会生成气泡，超声波沿待测电池传播的过程中会发生大幅衰减，此时超声波的能量积分系数也大幅衰减，参照图10，当待测电池出现漏液情况时，超声波经过电池后幅值则会大幅上升，基于此，本实施例中可以通过超声波的能量积分判断待测电池是否出现漏液或产气的情况从而确定待测电池的健康状态。此外，参照上述波形指数的计算公式，其中表征了所采集到的数字超声信号的幅值的均方根，/>表征了所采集到的超声数字信号的幅值的算数平均值，二者的商可以反映所采集到超声数字信号的离散程度，该数值越大，表明所采集到的数字超声信号的离散程度越高，可以理解的是，当待测电池的内部出现产气或者漏液的现象时，超声波的幅值会大幅变化，这会导致所采集的超声波的幅值的离散程度大幅增加，基于此，本实施例中可以通过波形指数来判断待测电池是否出现漏液或产气的情况。具体的，在本实施例中，可以将每项超声特征参量分别与对应的参考区间进行比较，当超声特征参量的值处于对应的参考区间内，即说明电池状态正常未受损，相应的，当某一项超声特征参量的值不处于相应的参考区间，说明该待测电池异常，电池受损。此外，在计算超声特征参量时，还可以将超声特征参量与相邻的几个采样周期内对应于同一待测电池的超声特征参量相加后求平均值，以对超声特征参量进行平均滤波处理，如此，可以更好地滤除周期性噪声对超声特征参量的影响，同时可以保留超声特征参量中的异常信号，提高电池监测***的准确度。

在本申请实施例中，通过超声发射端向待测电池发送超声信号，以及通过超声接收端接收超声信号沿待测电池传播后形成的超声波，在对超声波进行电荷放大、仪用放大、带通滤波、包络检波等处理后，再对超声波的包络进行AD信号采集，得到数字超声信号，基于数字超声信号计算出对应的超声特征参量，再根据该超声特征参量的变化值，可以判断待测电池是否发生漏液或产气等情况，从而确定待测电池的健康状态。在本实施例中，由于是对超声信号的包络进行采集，而无需采集超声信号的瞬时值，大幅降低了对AD采集器件的转换速度的要求，由此可以使用成本较低的模数转换器作为AD采集器件，在保证电池模组监测***的功能的同时降低了电池模组监测***的成本。

参照图11，步骤S801包括但不限于步骤S1101至步骤S1104。

步骤S1101，控制第i个超声接收端开启，其中，i是正整数，0<i<N，N是超声信号收发单元的个数；

步骤S1102，在第i个超声接收端在采样周期内接收到的超声波的数量不小于第一预设阈值的情况下，控制第i个超声接收端关闭；

步骤S1103，在i+1≤N的情况下，控制第i+1个超声接收端开启；

步骤S1104，在i+1>N的情况下，控制第1个超声接收端开启。

可以理解的是，超声接收端和信号调理模块之间设置有多路开关，主控单元通过控制多路开关导通的通道，以使与导通的通道对应超声接收端将超声波传输至信号调理模块，在本实施例中，主控单元控制多路开关的第i条通道导通，使得第i个超声接收端导通，第i个超声接收端在采样周期内会接收多组超声波，可以理解的是，这里的采样周期是指第i个超声接收端每次被导通的时长，比如，第i个超声接收端被每次被导通时可以接收12组超声波，可以理解的是，对于每一组超声波的峰值包络，模数转换器的采样点的数量和采样频率是相同的，比如，模数转换器可以对每个超声波的峰值包络采集75个点。相应的，在采样周期内，主控单元会向第i个超声发射端输出多个控制信号，以使第i个超声发射端在采样周期内发设多个超声信号，比如，主控单元会在采样周期内，向第i个超声发射端输出12个激励信号，以使第i个超声发射端在采样周期内发射12次超声信号。

在一些实施例中，当第i个超声接收端在采样周期内接收到的超声波的数量不小于第一预设阈值时，主控单元即关断与第i个超声接收端对应的通断，并切换至下一个超声接收端导通，具体的，当i+1≤N时，即导通多路开关中与第i+1个超声接收端对应的通道，相应的，主控单元向第i+1个超声发射端输出激励信号，从而开始检测第i+1个待测电池模组，而当在i+1>N时，则说明已经完成对待测电池检测的一个循环，应当从第1个待测电池开始重新检测，此时，主控单元应当控制与第1个超声接收端和信号调理模块之间的通道导通，相应的，主控单元也应当向第1个超声发射端输出激励信号。

在一些实施例中，参照图12，步骤S807包括但不限于步骤S1201至步骤S1202。

步骤S1201，对超声接收端在同一采样周期内接收的多个超声波的峰值包络进行数据采集；

步骤S1202，计算同一超声接收端在同一采样周期内采集的多个超声波的幅值的平均值，得到超声接收端在对应的采样周期内的数字超声信号。

可以理解的是，在一个采样周期内，主控单元会向同一个超声发射端发送多个激励信号后再控制下一个超声发射端发送激励信号，超声发射端在该采样周期内会发射多个超声信号，相应的，超声接收端在同一个采样周期内也会接收到多个超声波，信号调理模块会对每一个超声波进行电荷放大、仪用放大、带通滤波和包络检波，而AD采集器件也会对每个超声波的峰值包络进行信号采集，具体的，在一个实施例中，主控单元在一个采样周期内会向同一超声发射端输出12个激励信号，响应于该激励信号，超声发射端在一个采样周期内发射12个超声信号。

在一些实施例中，通过计算同一超声接收端在同一采样周期内采集的多个超声波的幅值的平均值作为该超声接收端在该采样周期内所产生的数字超声信号。具体的，模数转换模块会对超声接收端在该采样周期内接收的每个超声波的峰值包络进行数据采集，而每次采集的采样频率和采样点个数是相同的，基于此，模数转换模块会采样到多组超声波的幅值，其中，每一组超声波的幅值可以包括多个采样点的值，比如，超声接收端在每个采样周期内可以接收12个超声波，而模数转换模块对于每个超声波的包络会采集75个数据点，此时，即会产生合计12组，每组75个采样点的超声波包络幅值的数据，计算着12组超声波包络幅值的每个采样点的平均值，如此即得到了该超声接收端在该采样周期内的数字超声信号。可以理解的是，在本实施例中，主控模块在计算同一超声接收端在同一采样周期内接收的多个超声波的平均值时，可以直接采用模数转换模块输出的二进制数值进行计算，而先不将其转换为具体的电压值，在基于模数转换模块输出的二进制数值计算出该超声接收端在同该采样周期内采集的多个超声波的平均值后再将该二进制数值转换为具体的电压值输出，如此，可以降低取平均值过程中的计算量，提高计算效率，降低对主控模块时钟频率的要求。

在本实施例中，通过计算超声接收端在采样周期内接收的多个超声波的峰值包络幅值的平均值作为对应的数字超声信号，可以充分消除周期性噪声对采集的数字超声信号的影响，提高电池模组监测***的准确性。

在一些实施例中，参照图13，步骤S809包括但不限于步骤S1301至步骤S1302。

步骤S1301，将同一待测电池对应的连续两个数字超声信号的飞行时间、能量积分和波形指数分别与对应的参考区间进行比较；

步骤S1302，在飞行时间的变化值、能量积分的变化值和波形指数的变化值中的至少一个不处在对应的参考区间内的情况下，确定待测电池的健康状态为受损状态。

具体的，本实施例中会循环地依次向每个待测电池发射超声信号并接收相应的超声波并生成数字超声信号，主控单元会记录每个待测电池的每个数字超声信号的超声特征参量，并将同一待测电池的相邻两个数字超声信号的超声特征参量之间的变化值与参考区间进行比较，可以理解的是，参考区间可以是预先根据经验值给定的，超声特征参量可以包括超声波的飞行时间、超声波的能量积分和超声波的波形指数。具体的，超声波的飞行时间、超声波的能量积分和超声波的波形指数的计算方式参照上述实施例，在此不再赘述。可以理解的是，在待测电池未损坏的情况下，相邻两个数字超声信号的超声特征参量应当较为接近，而当相邻的两个数字超声信号的超声特征参量之间的变化值不处在给定的参考区间内，即说明这两个超声特征参量的变化值过大，此时，即可以确定待测电池发生漏液或产气，电池内部出现气-液、气-固、液-固的界面变化使得超声波的飞行时间发生大幅变化，或者由于内部气体的存在导致超声信号在传输过程中发生大幅衰减，或者由于漏液导致超声波在传播过程中被增强。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序运行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际运行的顺序有可能根据实际情况改变。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

本申请的说明书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声波的电池模组监测***，所述***用于监测电池模组的健康状态，所述电池模组包括至少一个待测电池，其特征在于，所述***包括：

超声模块，包括至少一个超声信号收发单元，所述超声信号收发单元和所述待测电池对应设置，所述超声信号收发单元包括超声发射端和超声接收端，所述超声接收端用于接收超声波，所述超声波由对应的所述超声发射端发射的超声信号在所述待测电池的表面传播后形成；

信号调理模块，和每个所述超声接收端连接，所述信号调理模块包括依次连接的电荷放大单元、仪用放大单元、滤波单元、检波单元，所述电荷放大单元用于对所述超声接收端接收的超声波进行放大并将所述超声波从电荷信号转换为电压信号，所述仪用放大单元用于将转换为电压信号后的所述超声波进行放大，所述滤波单元用于滤除所述超声波中的谐波成分，所述检波单元用于对滤除谐波后的所述超声波进行包络检波，得到所述超声波的峰值包络；

模数转换模块，所述模数转换模块用于对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到数字超声信号；

主控单元，所述主控单元和所述模数转换模块连接，用于接收所述模数转换模块输出的所述数字超声信号，所述主控单元还用于根据所述数字超声信号确定超声特征参量并根据所述超声特征参量的变化值确定所述待测电池的健康状态。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述基于超声的电池模组监测***还包括：多个激励单元，所述激励单元和所述超声发射端一一对应设置，所述激励单元用于向对应的所述超声发射端输出激励信号，以使接收到所述激励信号的所述超声发射端发射所述超声信号，每个所述激励单元分别和所述主控单元连接，所述主控单元用于控制所述激励单元依次导通以使多个所述超声发射端依次发送所述超声信号。

3.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述基于超声的电池模组监测***还包括：多路开关，所述多路开关连接于所述信号调理模块和每个所述超声接收端之间，所述多路开关用于控制每个所述超声接收端的通断，所述多路开关和所述主控单元连接，所述主控单元还用于控制所述多路开关的每一条通道依次导通以使多个所述超声接收端依次将所接收的所述超声波传输至所述信号调理模块。

4.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述电荷放大单元包括第一运放单元，所述第一运放单元的第一输入端连接至所述超声接收端，所述第一运放单元的第二输入端接地，所述第一运放单元的输出端连接至所述仪用放大单元的输入端，所述第一运放单元的输入端和所述超声接收端之间连接有第一电容，所述电荷放大单元还包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的一端与所述第一运放单元的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运放单元的第一输入端连接，所述第二电容和所述第一电阻并联于所述第一运放单元的输出端和所述第一运放单元的第一输入端之间。

5.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述仪用放大单元包括第二运放单元，所述第二运放单元的第一输入端与所述电荷放大单元的输出端连接，所述第二运放单元的第二输入端接地，所述第二运放单元的两个增益调节引脚之间连接有增益调节电阻，所述第二运放单元的第一输出端和第二输出端连接至所述滤波单元的输入端。

6.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述滤波单元包括同相比例放大器，所述同相比例放大器的输入端和所述仪用放大单元的输出端连接，所述仪用放大单元的输出端和所述同相比例放大器的输入端之间依次连接有第三电容和第二电阻，所述第二电阻和所述同相比例放大器的输入端之间旁路接入有第四电容和第三电阻后接地，其中，所述第三电容和所述第三电阻构成一阶无源高通滤波电路，所述第二电阻和所述第四电容构成一阶无源低通滤波电路，所述同相比例放大器的输出端连接至所述检波单元的输入端，所述同相比例放大器的输出端还和所述同相比例放大器的反馈输入端连接，所述同相比例放大器的输出端和所述反馈输入端之间连接有第四电阻。

7.根据权利要求1所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述检波单元包括：包络检波芯片、第一整流二极管、第二整流二极管、第五电容、第六电容、变阻单元、第五电阻，所述包络检波芯片由第三运放单元和第四运放单元组成，所述第一整流二极管的第一端和所述第三运放单元的输出端连接，所述第三运放单元的第二端和所述第三运放单元的反相输入端连接，所述第一整流二极管的第二端连接至所述变阻单元的第一固定端，所述第一整流二极管的第一端和所述第二整流二极管的第一端连接，所述第一整流二极管还和所述第六电容并联，所述变阻单元的滑动端连接至所述第二整流二极管的第二端，所述第二整流二极管和所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端接地，所述第五电容还和所述第五电阻并联构成RC电路，所述第二整流二极管的第二端还连接至所述第四运放单元的同相输入端，所述第四运放单元的反相输入端和所述第四运放单元的输出端连接，所述第四运放单元的输出端分别连接至所述模数转换模块和所述变阻单元的滑动端。

8.一种基于超声波的电池模组监测方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的基于超声波的电池模组监测***，其特征在于，所述方法包括：

依次控制每个所述超声接收端开启，以使所述超声接收端接收超声波，其中，所述超声波由与所述超声接收端对应的所述超声发射端发射的超声信号在所述待测电池的表面传播后形成；

控制每个所述超声发射端依次发射所述超声信号；

对所述超声波进行电荷放大并将所述超声波由电荷信号转换为电压信号；

对转换为电压信号后的所述超声波进行仪用放大，得到仪用超声信号；

对所述仪用超声信号进行带通滤波，得到滤波超声信号；

对所述滤波超声信号进行包络检波，得到所述超声波的峰值包络；

对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到所述数字超声信号；

根据所述数字超声信号确定超声特征参量；

根据所述超声特征参量确定每个所述待测电池的健康状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述超声波的峰值包络进行AD采集，得到所述数字超声信号，包括：

对所述超声接收端在同一采样周期内接收的多个所述超声波的峰值包络进行数据采集；

计算同一所述超声接收端在同一所述采样周期内采集的多个所述超声波的峰值包络的平均值，得到所述超声接收端在对应的所述采样周期内的所述数字超声信号。

10.根据权利要求8所述的方法，所述超声特征参量包括飞行时间、能量积分和波形指数，其特征在于，所述根据所述超声特征参量确定每个所述待测电池的健康状态，包括：

将同一所述待测电池对应的连续两个所述数字超声信号的所述飞行时间的变化值、所述能量积分的变化值和所述波形指数的变化值分别与对应的参考区间进行比较；

在所述飞行时间的变化值、所述能量积分的变化值和所述波形指数的变化值中的至少一个不处在对应的所述参考区间内的情况下，确定所述待测电池的健康状态为受损状态。